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Production of cercosporin toxin by the phytopathogenic Cercospora fungi is affected by diverse environmental signals

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Abstract:

Cercosporin is a polyketide phytotoxin produced by many phytopathogenic Cercospora spp. We investigated environmental signals that have elaborate control of cercosporin production. Light is the most critical factor for cercosporin production. Cercospora nicotianae accumulated substantial quantities of cercosporin only when grown on a particular potato dextrose agar under light but produced little cercosporin on other brands of potato dextrose agar or media with defined ingredients. In addition to light regulation, numerous factors including salts, buffers, and ions markedly affected cercosporin production. By contrast, pH had little effect on cercosporin production. Depletion or alteration of the carbon or nitrogen sources also affected cercosporin production. Production of cercosporin was elevated to varying levels by metal ions, such as cobalt, ferric, manganese, and zinc. Significant differences in cercosporin production were observed among various Cercospora species. Further, regulation of cercosporin production by phosphate buffer, ammonium, LiCl, but not metal ions appeared to occur at transcriptional levels. Expression of the genes involved in cercosporin biosynthesis and regulation decreased markedly and was closely concomitant with the amounts of cercosporin reduced as the fungus was grown on medium containing phosphate, LiCl, ammonium, or dimethyl sulfoxide. The results reveal the complexity of cercosporin production at the physiological and genetic levels. A model delineating regulatory controls of cercosporin biosynthesis is proposed and discussed.

La cercosporine est une phytotoxine polykétide produite par plusieurs espèces de Cercospora phytopathogènes. Nous avons examiné les signaux environnementaux qui contrôlent de la production de cercosporine. La lumière est le facteur de production de cercosporine le plus important. Cercospora nicotianae accumulait des quantités substantielles de cercosporine lorsqu’elle était cultivée sur un agar de dextrose de pomme de terre particulier sous la lumière seulement, mais produisait peu de cercosporine sur des dextrose de pomme de terre d’autres marques ou sur des milieux à ingrédients définis. En plus de la régulation par la lumière, plusieurs facteurs incluant les sels, les tampons et les ions affectent de façon importante la production de cercosporine. Au contraire, le pH a peu d’effet sur la production de cercosporine. La déplétion ou l’altération des sources de carbone ou d’azote affectait aussi la production de cercosporine. La production de cercosporine était augmentée à divers degré par les ions métalliques comme le cobalt, les ions ferreux, le manganèse et le zinc. Des différences significatives de production de cercosporine étaient observées entre les différentes espèces de Cercospora. De plus, la régulation de la production de cercosporine par le tampon phosphate, l’ammonium, le LiCl, mais pas par les ions métalliques, semblait se produire au niveau de la transcription. L’expression de gènes impliqués dans la biosynthèse et la régulation de la cercosporine diminuait fortement et était étroitement concomitante avec les quantités de cercosporine réduite au fur et à mesure de la croissance du champignon sur du milieu contenant du phosphate, du LiCl, de l’ammonium ou du diméthylsulfoxide. Les résultats révèlent la complexité de la production de cercosporine à l’échelle physiologique et génétique. Un modèle définissant les contrôles réglant la biosynthèse de la cercosporine est proposé et discuté.

Document Type: Research Article

Publication date: 2008-04-01

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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